Elaboration de poudres inorganiques nanostructurées en milieux fluides supercritiques
Résumé
Since 1980, new materials elaboration processes are developed using supercritical fluids. This work deals with a new route of fine particles synthesis based on the thermal decomposition of precursors in supercritical conditions. Firstly, we review the different processes concerning materials elaboration in supercritical fluids. Then, we present two new ways of powder synthesis : a batch process and a continuous process. The control of some parameters (as the solvent nature, the initial precursor concentration, the reactional medium viscosity, the residence time) permits to get a wide range of materials (Cu3N, Cu2O, Cu) with different size, shape and structure. Our results allow to develop a model of particle growth, in supercritical conditions, from the metallic nuclei birth to the micronic particles formation. This model is validated by a numerical simulation developed during this work. It confirms that the growth is based on the Brownian coalescence between two particles. In a second part, we present a new promising process of coating powder in supercritical conditions which is illustrated by two examples of core-shell structures elaboration. The coating of nickel particles by copper reveals the influence of the copper layer on the magnetic properties of the core materials. The second example deals with the realization of SmCo5/Cu structure in order to develop new magnetic recording supports. In a first part, the elaboration of the initial SmCo5 particles by mechanical grinding is described. The influence of both the milling time and the milling speed on the SmCo5 properties are studied. In a second part, the coating of the milled SmCo5 particles is presented and the magnetic properties of the new SmCo5/Cu are discussed.
Depuis 20 ans, de nouveaux procédés d'élaboration en milieux fluides supercritiques se développent afin de répondre à la demande de matériaux spécifiques. Ce travail s'inscrit dans ce cadre en proposant une nouvelle voie d'élaboration de poudres basée sur la décomposition thermique de précurseurs métalliques dans un solvant en conditions supercritiques. Dans ce travail, nous présentons deux nouvelles voies d'élaboration de poudres en milieux fluides supercritiques, l'une en mode fermé et l'autre en mode continu. Le contrôle de paramètres opératoires (nature du solvant, concentration en précurseur, viscosité du milieu réactionnel, temps de séjour) permet d'obtenir une large gamme de produits (Cu3N, Cu2O, Cu) de différentes taille, forme et structure. Un modèle de croissance, allant de la création de nucléi métalliques jusqu'à la formation de particules microniques, est proposé. Il rend compte de la croissance de particules en milieux fluides supercritiques et il est validé par nos résultats expérimentaux. La deuxième partie de ce mémoire présente une nouvelle voie d'enrobage de poudres en milieux fluides supercritiques, illustrée par deux exemples de réalisation de structures cœur-écorce. L'enrobage de particules de nickel microniques par du cuivre permet de mettre en évidence l'influence de l'écorce sur les propriétés magnétiques du nickel. Le deuxième exemple concerne la réalisation de structure SmCo5/Cu en vue de développer de nouveaux supports pour l'enregistrement magnétique. Dans un premier temps, de fines particules de SmCo5 sont obtenues par broyage mécanique et l'influence du temps et de la vitesse de broyage sur les propriétés de la poudre initiale est déterminée. Ensuite, ces échantillons sont enrobés et nous présentons la caractérisation des propriétés magnétiques de ces nouvelles structures SmCo5/Cu.